ES2172921T5 - Emulsiones acuosas de liquidos fischer-tropsch. - Google Patents
Emulsiones acuosas de liquidos fischer-tropsch.Info
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Abstract
Una emulsión que comprende un hidrocarburo líquido C5+ derivado de Fischer-Tropsch, un agente tensioactivo no iónico y agua.
Description
Emulsiones acuosas de líquidos
Fischer-Tropsch.
Esta invención se refiere a
macro-emulsiones estables que comprenden líquidos
Fischer-Tropsch y agua.
Las emulsiones hidrocarburo-agua
son bien conocidas y tienen una diversidad de usos, v.g., como
mecanismos de transporte de hidrocarburos, por ejemplo a través de
oleoductos, o como combustibles, v.g., para centrales eléctricas o
motores de combustión interna. Estas emulsiones se describen
generalmente como macro-emulsiones, es decir, la
emulsión es turbia u opaca en comparación con las
micro-emulsiones que son transparentes,
translúcidas, y termodinámicamente estables debido al mayor nivel de
agente tensioactivo utilizado en la preparación de las
micro-emulsiones.
Si bien se sabe que las emulsiones acuosas de
combustible reducen los contaminantes cuando se queman como
combustibles, los métodos para producir estas emulsiones y los
materiales utilizados en la preparación de las emulsiones, tales
como agentes tensioactivos y co-disolventes, v.g.,
alcoholes, pueden ser costosos. Adicionalmente, la estabilidad de
las emulsiones conocidas es usualmente bastante deficiente, en
particular cuando se utilizan niveles bajos de agentes
tensioactivos en la preparación de las emulsiones.
Por consiguiente, existe necesidad de
macro-emulsiones estables que utilicen menos
agentes tensioactivos o co-disolventes, o materiales
menos costosos en la preparación de las emulsiones. Para los
propósitos de esta invención, la estabilidad de las
macro-emulsiones se define generalmente como el
grado de separación que se produce durante un período de 24 horas,
usualmente el período de las primeras 24 horas después de la
formación de la emulsión.
De acuerdo con esta invención, se proporciona una
macro-emulsión estable en la cual el agua es la fase
continua y comprende un hidrocarburo líquido derivado del proceso
Fischer-Tropsch, agua y un agente tensioactivo.
Preferiblemente, la emulsión se prepara en ausencia sustancial,
v.g. \leq 2,0% p y preferiblemente menos de 1,0% p, o ausencia de
la adición de un co-disolvente, v.g., alcoholes, y
preferiblemente en ausencia sustancial de
co-disolvente, es decir, los líquidos
Fischer-Tropsch pueden contener cantidades traza de
compuestos co-oxigenados, con inclusión de
alcoholes; estos compuestos oxigenados equivalen a una cantidad
menor de compuestos oxigenados que la que existiría si se incluyera
en la emulsión un co-disolvente. Generalmente, el
contenido de alcohol de los líquidos derivados del proceso
Fischer-Tropsch es nulo en el sentido de que es
inapreciable, y por regla general es menor que aproximadamente 2% p
basado en los líquidos, de modo más preferible menor que
aproximadamente 1% p basado en los líquidos.
Las macro-emulsiones que son
objeto de esta invención son generalmente más fáciles de preparar y
más estables que la emulsión correspondiente con hidrocarburos
derivados de petróleo. Por ejemplo, para una concentración dada de
agente tensioactivo, el grado de separación de las emulsiones es
significativamente menor que el grado de separación de las
emulsiones que contienen hidrocarburos derivados de petróleo.
Adicionalmente, las emulsiones requieren menos agente tensioactivo
que el requerido para las emulsiones de líquidos hidrocarbonados
derivados del petróleo, y no requieren el uso de
co-disolventes, tales como alcoholes, aun cuando
pueden estar presentes en las emulsiones pequeñas cantidades de
alcoholes en virtud del uso de agua del proceso
Fischer-Tropsch.
Los líquidos derivados del proceso
Fischer-Tropsch utilizados en esta invención son
aquellos hidrocarburos que contienen materiales que son líquidos a
la temperatura ambiente. Así, estos materiales pueden ser los
líquidos brutos del reactor de síntesis de hidrocarburos
Fischer-Tropsch, tales como líquidos C_{4}+,
preferiblemente líquidos C_{5}+, más preferiblemente líquidos que
contienen hidrocarburos C_{5}-C_{17}, o líquidos
Fischer-Tropsch hidroisomerizados tales como
líquidos C_{5}+. Estos materiales contienen por regla general al
menos aproximadamente 90% de parafinas, normales o
iso-parafinas, con preferencia al menos
aproximadamente 95% de parafinas, y de modo más preferible al menos
aproximadamente 98% de parafinas.
Estos líquidos pueden caracterizarse
adicionalmente como combustibles: por ejemplo, naftas, v.g., que
hierven en el intervalo de C_{4} a aproximadamente 320ºF (160ºC),
preferiblemente C_{5}-320ºF (160ºC), cuyas
emulsiones acuosas pueden utilizarse como combustibles en centrales
eléctricas; combustibles para transporte, combustibles para
turborreactores, v.g., que hierven en el intervalo de
aproximadamente 250-575ºF
(121,1-301,7ºC), preferiblemente 300 a 550ºF
(148,9-287,8ºC), y combustibles diesel, v.g., que
hierven en el intervalo de aproximadamente 320 a 700ºF
(160-371,1ºC). Otros líquidos derivados de
materiales del proceso Fischer-Tropsch y que tienen
puntos de ebullición más altos se incluyen también en los materiales
útiles en esta invención.
Generalmente, las emulsiones contienen 10 a 90% p
de líquidos hidrocarbonados derivados del proceso
Fischer-Tropsch, preferiblemente 30 a 80% p, más
preferiblemente 50 a 70% p de líquidos derivados del proceso
Fischer-Tropsch. Puede utilizarse cualquier clase
de agua; sin embargo, es particularmente preferida el agua obtenida
del proceso Fischer-Tropsch.
Los materiales derivados del proceso
Fischer-Tropsch contienen usualmente pocos
insaturados, v.g., \leq 1% p, olefinas y aromáticos, con
preferencia menos de aproximadamente 0,5% p de aromáticos totales, y
están exentos de azufre y nitrógeno, es decir, contienen menos de
aproximadamente 50 ppm en peso de azufre o nitrógeno. Pueden
utilizarse también líquidos del proceso
Fischer-Tropsch hidrotratados, que contienen
prácticamente cero o sólo cantidades traza de compuestos oxigenados,
olefinas, aromáticos, azufre y nitrógeno.
El agente tensioactivo no iónico se emplea
usualmente en concentraciones relativamente bajas comparados con las
emulsiones líquidas derivadas de petróleo. Así, la concentración de
agente tensioactivo es suficiente para permitir la formación de la
macro-emulsión, relativamente estable.
Preferiblemente, la cantidad de agente tensioactivo empleada es al
menos aproximadamente 0,001% p de la emulsión total, de modo más
preferible aproximadamente 0,001 a aproximadamente 3% p, y muy
preferiblemente 0,01 a menos de 2% p.
Típicamente, los agentes tensioactivos útiles en
la preparación de las emulsiones de esta invención son no iónicos y
son los utilizados en la preparación de emulsiones de materiales
derivados de petróleo o derivados de betún, y son bien conocidos por
los expertos en la técnica. Estos agentes tensioactivos tienen
usualmente un valor HLB de aproximadamente 7-25,
preferiblemente 9-15. Agentes tensioactivos útiles
para esta invención incluyen etoxilatos de alquilo, etoxilatos de
alcoholes lineales, y alquil-glucosidos,
preferiblemente alquil-fenoles etoxilados, y más
preferiblemente alquil-, v.g., nonil-fenoles
etoxilados con aproximadamente 8-15 unidades óxido
de etileno por molécula. Un emulsionante preferido es un
alquil-fenoxi-polialcohol, v.g.,
nonil-fenoxi-poli-(etilenooxi-etanol),
disponible comercialmente bajo en nombre comercial Igepol.
El uso de emulsiones
agua-combustible mejora significativamente las
características de emisiones de los combustibles y en particular por
lo que respecta a los materiales de esta invención en los cuales
las emulsiones acuosas Fischer-Tropsch tienen
mejores características de emisiones que las emulsiones derivadas de
petróleo, a saber, en lo que respecta a emisiones de
partículas.
Las emulsiones de esta invención se forman por
tecnología convencional de emulsiones, es decir, sometiendo una
mezcla de hidrocarburo, agua y agente tensioactivo a cizallamiento
suficiente, como en un mezclador comercial o su equivalente durante
un período de tiempo suficiente para formar la emulsión, v.g.,
generalmente unos pocos segundos. Para formación de emulsiones,
véase en líneas generales, "Colloidal Systems and Interfaces",
S. Ross and I.D. Morrison, J.W. Wiley, NY, 1988.
El proceso Fischer-Tropsch es
bien conocido por los expertos en la técnica; véanse por ejemplo,
las patentes U.S. Núms. 5.348.982 y 5.545.674 que se incorporan en
esta memoria por referencia, e implica típicamente la reacción de
hidrógeno y monóxido de carbono en una relación molar de
aproximadamente 0,5/l a 4/l, preferiblemente 1,5/l a 2,5/l, a
temperaturas de aproximadamente 347-752ºF
(175-400ºC), con preferencia aproximadamente
356-464ºF (180-240ºC), a presiones
de 1-100 bar, con preferencia aproximadamente
10-40 bar, en presencia de un catalizador
Fischer-Tropsch, generalmente un metal no noble del
Grupo VIII soportado o no soportado, v.g., Fe, Ni, Ru, Co y con o
sin un promotor, v.g. rutenio, renio, hafnio, circonio, titanio. Los
soportes, cuando se utilizan, pueden ser óxidos metálicos
refractarios tales como óxidos de metales del Grupo IVB, es decir,
dióxido de titanio, dióxido de circonio, o sílice, alúmina, o
sílice-alúmina. Un catalizador preferido comprende
un catalizador no-desplazante, v.g., cobalto o
rutenio, preferiblemente cobalto, con renio o circonio como
promotor, preferiblemente cobalto y renio soportados sobre sílice o
dióxido de titanio, preferiblemente dióxido de titanio. Los
líquidos Fischer-Tropsch, es decir, C_{5}+,
preferiblemente C_{10}+, se recuperan y los gases ligeros, v.g.,
hidrógeno y CO que no han reaccionado, C_{1} a C_{3} o C_{4}
y agua se separan de los hidrocarburos.
El proceso Fischer-Tropsch
no-desplazante, conocido también como síntesis de
hidrocarburos, puede representarse por la reacción:
2nH_{2} + nCO
\rightarrow C_{n}H_{2n+2} +
nH_{2}O
Una fuente preferida de agua para preparar las
emulsiones de esta invención es el agua de proceso producida en el
proceso Fischer-Tropsch, preferiblemente un proceso
no desplazante. Una composición genérica de esta agua se muestra a
continuación, y en la cual los compuestos oxigenados son
preferiblemente \leq 2,0% p, más preferiblemente menos de 1% p de
compuestos oxigenados.
| alcoholes C_{1}-C_{12} | 0,05-2% p, preferiblemente 0,05-1,2% p |
| ácidos C_{2}-C_{6} | 0-50 ppm |
| cetonas, aldehídos, acetatos C_{2}-C_{6} | 0-50 ppm |
| otros compuestos oxigenados | 0-500 ppm |
\newpage
Las condiciones de hidroisomerización para los
hidrocarburos derivados del proceso Fischer-Tropsch
son bien conocidas por los expertos en la técnica. Generalmente,
las condiciones incluyen:
| Condición | Amplia | Preferida |
| Temperatura, ºF (ºC) | 300-900 (149-482) | 550-750 (288-399) |
| Presión total, bar (psig) | 21-175 (300-2500) | 21-105 (300-1500) |
| Tasa de tratamiento con hidrógeno, l/m^{3} (SCF/B) | 88.500-885.000 (500-5.000) | 354.000-708.000 (2.000-4.000) |
Los catalizadores útiles en hidroisomerización
son típicamente de naturaleza bifuncional, conteniendo una función
ácida y un componente de hidrogenación. Puede añadirse también un
supresor de hidrocraqueo. El supresor de hidrocraqueo puede ser un
metal del Grupo 1B, v.g., preferiblemente cobre, en cantidades de
aproximadamente 0,1-10% p, o una fuente de azufre, o
ambos. La fuente de azufre puede proporcionarse por presulfuración
del catalizador por métodos conocidos, por ejemplo, por tratamiento
con sulfuro de hidrógeno hasta que se produce la aparición brusca
del mismo.
El componente de hidrogenación puede ser un metal
del Grupo VIII, sea metal noble o no noble. Los metales no nobles
preferidos incluyen níquel, cobalto o hierro, preferiblemente níquel
o cobalto, y más preferiblemente cobalto. El metal del Grupo VIII
está presente usualmente en cantidades catalíticamente eficaces, es
decir, comprendidas entre 0,1 y 20% p. Preferiblemente, se
incorpora en el catalizador un metal del grupo VI, v.g., molibdeno,
en cantidades de aproximadamente 1-20% p.
La funcionalidad ácida puede suministrarse por un
soporte con el cual el metal o metales catalíticos puede(n)
formar una composición, por métodos bien conocidos. El soporte
puede ser cualquier óxido refractario o mezcla de óxidos
refractarios o zeolitas o mezclas de las mismas. Soportes
preferidos incluyen sílice, alúmina,
sílice-alúmina,
sílice-alúmina-fosfatos, dióxido de
titanio, dióxido de circonio, óxido de vanadio y otros óxidos de
elementos de los Grupos III, IV, V o VI, así como tamices Y, tales
como tamices Y ultra-estables. Soportes preferidos
incluyen alúmina y sílice-alúmina, más
preferiblemente una sílice-alúmina en la cual la
concentración de sílice del soporte en masa es menor que
aproximadamente 50% en peso, con preferencia menor que
aproximadamente 35% p, más preferiblemente 15-30%
p. Cuando se utiliza alúmina como el soporte, pueden incorporarse
pequeñas cantidades de cloro o flúor en el soporte para proporcionar
la funcionalidad ácida.
Un catalizador soportado preferido tiene
superficies específicas comprendidas en el intervalo de
aproximadamente 180-400 m^{2}/g, preferiblemente
230-350 m^{2}/g, y un volumen de poros de 0,3 a
1,0 ml/g, preferiblemente 0,35 a 0,75 ml/g, una densidad aparente
de aproximadamente 0,5-1,0 g/ml, y una resistencia
al aplastamiento transversal de aproximadamente 0,8 a 3,5 kg/mm.
La preparación de microesferas de
sílice-alúmina amorfas preferidas para uso como
soportes se describe en Ryland, Lloyd B., Tamele, M.W., y Wilson,
J.N., Cracking Catalysts, Catalysis, Volume VII, compilador Paul H.
Emmett, Reinhold Publishing Corporation, Nueva York, 1960.
Durante la hidroisomerización, la conversión de
700ºF+ (371,1ºC+) en 700ºF- (371,1ºC-) está comprendida entre
aproximadamente 20 y 80%, preferiblemente 30 a 70%, de modo más
preferible aproximadamente 40-60%; y esencialmente
todas las olefinas y los productos oxigenados se hidrogenan.
El catalizador puede prepararse por cualquier
método bien conocido, v.g., impregnación con una sal acuosa, técnica
de humedad incipiente, seguido por secado a aproximadamente
257-302ºF (125-150ºC) durante
1-24 horas, calcinación a aproximadamente
572-932ºF (300-500ºC) durante
aproximadamente 1-6 horas, reducción por tratamiento
con hidrógeno o un gas que contiene hidrógeno, y, si se desea,
sulfuración por tratamiento con un gas que contiene azufre, v.g.,
H_{2}S a temperaturas elevadas. El catalizador tendrá entonces
aproximadamente 0,01 a 10% en peso de azufre. Los metales pueden
incorporarse en forma de composiciones o añadirse al catalizador
sea en serie, en cualquier orden, o por
co-impregnación de dos o más metales.
Los ejemplos siguientes sirven para ilustrar esta
invención, pero sin limitarla.
Una mezcla de gas de síntesis constituido por
hidrógeno y monóxido de carbono (H_{2}:CO
2,11-2,16) se convirtió en parafinas pesadas en un
reactor Fischer-Tropsch en fase de lodo. Se utilizó
para la reacción Fischer-Tropsch un catalizador de
cobalto/renio soportado sobre dióxido de titanio. La reacción se
condujo a 422-428ºF (216,7-220ºC),
287-289 libras por pulgada cuadrada manométricas
(psig) (20,09- 20,1 bar), y la alimentación se introdujo a una
velocidad lineal de 12 a 17,5 cm/s. El producto de hidrocarburos
Fischer-Tropsch se aisló en tres corrientes con
intervalos de ebullición nominalmente diferentes que se separaron
utilizando una vaporización súbita. Las tres fracciones de
ebullición que se obtuvieron fueron: 1) C_{5} a aproximadamente
500ºF (260ºC), es decir, líquido del separador frío
F-T; 2) aproximadamente 500ºF (260ºC) a aproximadamente 700ºF (371,1ºC), es decir líquido del separador caliente F-T; y 3) una fracción que hervía a 700ºF+ (371,1ºC+), es decir, una cera del reactor F-T. El agua del proceso Fischer-Tropsch se aisló del líquido del separador frío y se utilizó sin purificación ulterior.
F-T; 2) aproximadamente 500ºF (260ºC) a aproximadamente 700ºF (371,1ºC), es decir líquido del separador caliente F-T; y 3) una fracción que hervía a 700ºF+ (371,1ºC+), es decir, una cera del reactor F-T. El agua del proceso Fischer-Tropsch se aisló del líquido del separador frío y se utilizó sin purificación ulterior.
La composición detallada de esta agua se expone
en la Tabla 1. La Tabla 2 muestra la composición del líquido del
separador frío.
| Compuesto | % p | ppm O | ||
| Metanol | 0,700 | 3473,2 | ||
| Etanol | 0,350 | 1201,7 | ||
| 1-Propanol | 0,060 | 151,6 | ||
| 1-Butanol | 0,040 | 86,7 | ||
| 1-Pentanol | 0,030 | 57,7 | ||
| 1-Hexanol | 0,020 | 27,2 | ||
| 1-Heptanol | 0,005 | 7,4 | ||
| 1-Octanol | 0,001 | 1,6 | ||
| 1-Nonanol | 0,000 | 0,3 | ||
| Alcoholes totales | 1,200 | 5007,3 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Ácido | Ppm peso | ppm peso O | |
| Ácido acético | 0,0 | 0,0 | |
| Ácido propanoico | 1,5 | 0,3 | |
| Ácido butanoico | 0,9 | 0,2 | |
| Ácidos totales | 2,5 | 0,5 | |
| Acetona | 17,5 | 4,8 | |
| Oxígeno total | 5012,6 |
| Composición del líquido del separador frío Fischer-Tropsch | ||||||
| Carbono # | Parafinas | Alcohol | ppm O | |||
| C5 | 1,51 | 0,05 | 90 | |||
| C6 | 4,98 | 0,20 | 307 | |||
| C7 | 8,46 | 0,20 | 274 | |||
| C8 | 11,75 | 0,17 | 208 | |||
| C9 | 13,01 | 0,58 | 640 | |||
| C10 | 13,08 | 0,44 | 443 | |||
| C11 | 11,88 | 0,18 | 169 | |||
| C12 | 10,36 | 0,09 | 81 | |||
| C13 | 8,33 | |||||
| C14 | 5,91 | |||||
| C15 | 3,76 | |||||
| C16 | 2,21 | |||||
| C17 | 1,24 | |||||
| C18 | 0,69 | |||||
| C19 | 0,39 | |||||
| C20 | 0,23 | |||||
| C21 | 0,14 | |||||
| C22 | 0,09 | |||||
| C23 | 0,06 | |||||
| C24 | 0,04 | |||||
| Total | 98,10 | 1,90 | 2211 |
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparó una emulsión al 70%
aceite-en-agua por vertido de 70 ml
de líquido del separador frío del Ejemplo 1 en 30 ml de una fase
acuosa que contenía agua destilada y un agente tensioactivo. Se
utilizaron dos agentes tensioactivos pertenecientes a los
nonil-fenoles etoxilados con 15 y 20 moles de óxido
de etileno. La concentración de agente tensioactivo en la mezcla
total aceite-agua variaba desde 1500 ppm a 6000 ppm.
La mixtura se mezcló en un mezclador Waring durante 1 minuto a 3000
rpm.
Las emulsiones se transfirieron a tubos de
centrífuga graduados para estudiar el grado de emulsionamiento
("completo" frente a "parcial") y la estabilidad al
almacenamiento de la emulsión. Emulsionamiento "completo"
significa que la fase hidrocarbonada entera está dispersada en la
fase acuosa dando como resultado una sola capa de emulsión
aceite-en-agua. Emulsionamiento
"parcial" significa que no toda la fase hidrocarbonada está
dispersada en la fase acuosa. En lugar de ello, la mixtura
aceite-agua se separa en tres capas: aceite en la
parte superior, emulsión
aceite-en-agua en el centro, y agua
en el fondo. La estabilidad al almacenamiento (SS) se define como
el porcentaje en volumen de la fase acuosa que es retenido todavía
por la emulsión después de 24 horas. Otra medida de la estabilidad,
la estabilidad de emulsión (ES) es el porcentaje en volumen de la
mixtura total aceite-agua ocupado por la emulsión
aceite-en-agua después de 24 horas.
El tamaño de las gotitas de aceite en la emulsión se midió por un
analizador de tamaños de partícula láser.
Como se muestra en la Tabla 3, el agente
tensioactivo A con 15 moles de óxido de etileno (EO) proporcionaba
emulsionamiento completo del aceite parafínico en agua a
concentraciones de 3000 ppm y 6000 ppm. Un emulsionamiento sólo
"parcial" era posible para una concentración de agente
tensioactivo de 1500 ppm. El agente tensioactivo B con 20 moles de
EO proporcionaba emulsionamiento completo a una concentración de
6000 ppm. Era posible sólo un emulsionamiento parcial con este
agente tensioactivo a una concentración de 3000 ppm. Así pues, el
agente tensioactivo A es más eficaz que el agente tensioactivo B
para crear el combustible en emulsión.
Las emulsiones preparadas con el agente
tensioactivo A eran más estables que las preparadas con el agente
tensioactivo B. La estabilidad SS y ES de la emulsión preparada con
3000 ppm de agente tensioactivo A son similares a las de la emulsión
preparada con 6000 ppm del agente tensioactivo B. Después de 7 días
de almacenamiento, las emulsiones completas preparadas con
cualquier agente tensioactivo desprendían algo de agua libre, pero
no desprendían cantidad alguna de aceite libre. El agua desprendida
podía remezclarse fácilmente con la emulsión por mezcladura suave.
Como se muestra en la Tabla 3, el tamaño medio de las gotitas de
aceite en la emulsión era 8-9 \mum.
| Tipo de Agente | Conc. de Agente | Grado de | Estabilidad | Estabilidad ES* (%) | Diámetro |
| Tensioactivo | Tensioactivo, ppm | Emulsionamiento | SS* (%) | Medio, \mu | |
| A (15 EO) | 1500 | Parcial | 16 | 24 | - |
| A (15 EO) | 3000 | Completa | 89 | 96 | 9,3 |
| A (15 EO) | 6000 | Completo | 94 | 98 | 8,2 |
| B (20 EO) | 3000 | Parcial | 16 | 24 | - |
| B (20 EO) | 6000 | Completo | 91 | 97 | 8,6 |
Las condiciones para preparación de las
emulsiones en este ejemplo son las mismas que las del Ejemplo 2,
excepto que se utilizó agua del proceso
Fischer-Tropsch (F-T) del Ejemplo 1
en lugar de agua destilada.
Las características de emulsión de este ejemplo
se muestran en la Tabla 4. Una comparación con la Tabla 3 revela las
ventajas del agua de proceso sobre el agua destilada. Por ejemplo,
con agua destilada, únicamente era posible emulsionamiento parcial
para una concentración de agente tensioactivo B de 3000 ppm. Sin
embargo, se conseguía un emulsionamiento completo con agua
Fischer-Tropsch para la misma concentración del
agente tensioactivo.
La estabilidad SS y ES de las emulsiones
preparadas con agua de proceso son mayores que las preparadas con
agua destilada en todos los ensayos. Para la misma estabilidad, la
emulsión preparada con agua de proceso requiere 3000 ppm de agente
tensioactivo A, mientras que la emulsión preparada con agua
destilada necesita 6000 ppm del mismo agente tensioactivo.
Evidentemente, la sinergia de los productos químicos del agua de
proceso con el agente tensioactivo externo da como resultado una
reducción de la concentración de agente tensioactivo para obtener
una emulsión de estabilidad deseada.
La estabilidad SS y ES se refiere a la calidad de
la emulsión después de 24 horas de almacenamiento. La Tabla 5
incluye los datos de estabilidad t_{10} para emulsiones
preparadas con agua destilada y agua de proceso F-T
que van más allá de 24 horas. La estabilidad t_{10} se define
como el tiempo requerido para la separación del 10% del agua de las
emulsiones. Con el agente tensioactivo A a 3000 ppm, la estabilidad
t_{10} para emulsiones preparadas con agua destilada es 21 horas,
mientras que la estabilidad t_{10} para emulsiones preparadas con
agua de proceso es 33 horas.
Así pues, estos ejemplos muestran claramente el
beneficio de la preparación de emulsiones con agua del proceso
F-T, que es un producto del proceso
Fischer-Tropsch.
| Tipo de Agente | Conc. de Agente | Grado de | Estabilidad | Estabilidad ES* (%) | Diámetro |
| Tensioactivo | Tensioactivo, ppm | Emulsionamiento | SS* (%) | Medio, \mum | |
| A (15 EO) | 1500 | Parcial | 20 | 35 | - |
| A (15 EO) | 3000 | Completa | 94 | 98 | 7,8 |
| A (15 EO) | 6000 | Completo | 97 | 99 | 6,6 |
| B (20 EO) | 3000 | Completo | 30 | 78 | 15,6 |
| B (20 EO) | 6000 | Completo | 95 | 98 | 7,6 |
| \begin{minipage}[t]{155mm}Comparación del Agua de Proceso F-T y Agua Destilada en Relación con la Calidad de las Emulsiones para el Líquido del Separador Frío Fischer-Tropsch\end{minipage} | |||
| Tipo de Agente Tensioactivo | Conc. de Agente Tensioactivo, ppm | t*_{10} (horas), Agua | t_{10}* (horas), Agua |
| Destilada | de Proceso | ||
| A (15 EO) | 1500 | 0,3 | 0,3 |
| A (15 EO) | 3000 | 20,8 | 32,7 |
| A (15 EO) | 6000 | 31,6 | 44,1 |
| B (20 EO) | 3000 | 0,0 | 1,5 |
| B (20 EO) | 6000 | 25,6 | 34,7 |
| * SS es el porcentaje de la fase acuosa original que se mantiene en la emulsión después de 24 horas. | |||
| * ES es el porcentaje de la mezcla que permanece en emulsión después de 24 horas. | |||
| * t_{10} es el tiempo requerido para la separación del 10% de la fase acuosa de la emulsión. |
Puede utilizarse una gran diversidad de valores
HLB para el agente tensioactivo no iónico; es decir, una extensa
gama de unidades óxido de etileno para un
nonil-fenol etoxilado. Para el combustible que se
muestra en el Ejemplo 1, se utilizaron un grupo de
nonil-fenoles etoxilados, y se determinó la
concentración mínima de agente tensioactivo para una emulsión
estable. En todos los casos se utilizó 70% aceite:30% agua del
grifo.
| Unidades Óxido de Etileno | HLB | Agente Tensioactivo Mínimo | Estabilidad al Almacenamiento |
| 5 | 10 | 1% | 100% |
| 9 | 13 | 0,15% | 97% |
| 12 | 14,2 | 0,10% | 87% |
| 15 | 15 | 0,30% | 92% |
| 20 | 16 | 0,60% | 78% |
En esta invención Puede emplearse un gran número
de relaciones aceite:agua. La relación de aceite a agua descrita en
el Ejemplo 4 se varió mientras se determinaba la concentración
óptima de agente tensioactivo y mínima de agente tensioactivo para
formar una emulsión estable. Los agentes tensioactivos empleados
eran nonil-fenoles etoxilados con HLB variable.
| Aceite: Agua | Agente Tensioactivo, HLB | Concentración de Agente | Estabilidad al |
| Tensioactivo | Almacenamiento | ||
| 10:90 | 15,0 | 0,5% | 97% |
| 20:80 | 15 | 0,1% | 82% |
| 30:70 | 14,2 | 0,03% | 84% |
| 50:50 | 14,2 | 0,44% | 70% |
| 90:10 | 10,0 | 1,0% | 100% |
Puede utilizarse una diversidad de materiales
Fischer-Tropsch además del líquido del separador
frío empleado en los Ejemplos 1-5 anteriores. Todos
ellos pueden utilizarse para una diversidad de valores HLB del
agente tensioactivo y relaciones aceite:agua. Esto se muestra en la
Tabla siguiente de ejemplos para otros dos líquidos
Fischer-Tropsch:
- A:
- Nafta Fischer-Tropsch, el corte nominal C_{5}-320ºF (160ºC) procedente de la salida de la hidroisomerización de la cera Fischer-Tropsch.
- B:
- Diesel Fischer-Tropsch, el corte nominal 320-700ºF (160-371,1ºC) procedente de la salida de la hidroisomerización de la cera Fischer-Tropsch.
El agua utilizada en las emulsiones era:
- C:
- Agua del grifo;
- D:
- agua del proceso Fischer-Tropsch descrita en el Ejemplo 1 anterior.
En ambos casos, los Combustibles A y B no
contenían cantidad alguna de azufre, aromáticos, nitrógeno, olefinas
y compuestos oxigenados, y no se utilizó
co-disolvente alguno.
| Aceite: Agua | Agente Tensioactivo, | Conc. de Agente | Estabilidad al | Combustible | Agua |
| HLB | Tensioactivo | Almacenamiento | |||
| 50:50 | 11,0 | 0,03% | 76% | A | D |
| 70:30 | 10,0 | 0,10% | 71% | A | D |
| 70:30 | 15,0 | 0,10% | 90% | A | C |
| 70:30 | 14,2 | 0,30% | 95% | A | C |
| 70:30 | 11,0 | 0,30% | 95% | A | C |
| 70:30 | 15,0 | 0,22% | 80% | B | D |
Claims (8)
1. Una emulsión en la cual el agua es la fase
continua, que comprende un hidrocarburo C_{5+} derivado del
proceso Fischer-Tropsch que es líquido a la
temperatura ambiente, un agente tensioactivo no iónico y agua.
2. La emulsión de la reivindicación 1,
caracterizada por la ausencia sustancial de
co-disolvente añadido.
3. La emulsión de la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, que comprende líquidos F/T brutos o líquidos F/T
hidroisomerizados que constituyen una proporción comprendida dentro
del intervalo de aproximadamente 10 a 90% en peso de la
emulsión.
4. La emulsión de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 en la cual el líquido F/T hierve entre
C_{5} y 320ºF (160ºC).
5. La emulsión de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en la cual el líquido F/T es un combustible
para transporte.
6. La emulsión de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 en la cual el agua es agua del proceso
Fischer-Tropsch obtenida de un proceso
Fischer-Tropsch.
7. Un proceso para emulsionar hidrocarburos
derivados del proceso Fischer-Tropsch que son
líquidos a la temperatura ambiente, que comprende hacer reaccionar
hidrógeno y monóxido de carbono en presencia de un catalizador
Fischer-Tropsch en condiciones de reacción,
recuperar de la reacción líquidos que contienen hidrocarburos,
recuperar el agua producida en el reactor, y emulsionar los líquidos
con el agua y un agente tensioactivo no iónico para formar una
emulsión en la cual el agua es la fase continua.
8. El proceso de la reivindicación 7 en el cual
los líquidos que contienen hidrocarburos se hidroisomerizan antes
de emulsionarse.
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